Halogenlampe

Halogenlampe - elektrisches Beleuchtungsgerät: Das Funktionsprinzip des Geräts im Vergleich zu einer einfachen Glühlampe wird durch die Einführung von Halogeniden in den Kolben ergänzt, um die Lebensdauer zu erhöhen und das Produkt in seiner ursprünglichen Form lange zu erhalten.

Die Geschichte der Entstehung von Halogenlampen

Die Geschichte ist eng mit Glühlampen verbunden. Wir verweisen auf den entsprechenden Übersichtsartikel, um die Geschichte der Erfindung ausführlich kennenzulernen. Hier legen wir nur fest, dass der erste, der das Glühen von Leitern auf einer Platindrahtprobe entdeckt, Sir Humphry Davy. Im Untergeschoss der Royal Institution befanden sich zweitausend Zellen mit einer Stromquelle, die es ermöglichte, den Schnitt auf Temperaturen über 550 Grad Celsius zu erwärmen, bei denen die Körper unter terrestrischen Bedingungen zu glühen beginnen. Die Wirkung hielt nicht lange an, markierte jedoch den Beginn einer langen epischen Suche nach ihrer Verwendung als nützliche Maßnahme für die Bedürfnisse der Menschheit.

In der russischen Praxis beginnt die Geschichte der Herstellung von Glühlampen 1872, als unser Landsmann Lodygin sein eigenes Muster herstellte. Die Errungenschaften der anderen Wissenschaftler wurden umsichtig vergessen. Die Autoren neigen dazu, aus dem Jahr 1882 zu lesen, als Edwin Scribner zum ersten Mal vermutete, eine schwache Chloratmosphäre anstelle eines Vakuums in eine Kohlenlampe einzuführen. Dadurch wurde die Schwärzung der Flasche weitgehend blockiert. Im Text des Patents wird die Erfindung falsch interpretiert: angeblich bildet Chlor einen transparenten Film, der einen bekannten Defekt beseitigt.

In Wirklichkeit dissoziieren die Halogenverbindungen gut, die von der Oberfläche der Helix verdampften Moleküle kehren allmählich an ihren ursprünglichen Ort zurück und beseitigen die schwarze Ablagerung auf dem Kolben. Das Patent US 254780 A gilt heute als erster Vogel, der die Ankunft von Halogenlampen ankündigt. Die Idee fand lange Zeit keine praktische Anwendung. Und in der Atmosphäre des Kolbens werden Inertgase verwendet, beispielsweise Stickstoff in der Lodygin-Probe. Das Verdienst eines Wissenschaftlers besteht darin, das Vakuum zu ersetzen, das die Konstruktion brüchig machte, und die Herstellungstechnologie zu erschweren.

Name der vergessenen Historiker - George Meikl. Der Text des Patents US1267888 A schlägt vor, dem Inertgasmedium einer Lampendiode Jod zuzusetzen. Es gibt eine Reihe positiver Effekte: Parasitäre Spannungsverluste im Lichtbogen sinken auf 11–12 V( normalerweise von 16 auf 20 V), die Arbeit wird konstant. In der Atmosphäre der Lampe werden neben Chlor zunächst andere Halogene eingesetzt. Obwohl es sich um einen Gleichrichter handelt. Darüber hinaus funktionierte die Vakuumlampe nicht mehr als 1000 Stunden, die Herstellung der Vorrichtung war schwierig. Lodygin verwendete Stickstoff für praktische Zwecke, verwendete Edelgase( Argon usw.).

Das Jahr 1923, in dem der Regenerationszyklus in der Atmosphäre von Alkalimetallhalogeniden entdeckt wurde, gilt als Schlüssel. Es wird gezeigt, dass Wolframmoleküle, die aus dem Filament verdampft wurden, allmählich zurückkehren. Der Text des Patents bezieht sich auf einen bestimmten durch Halogen gebildeten transparenten Film. Es ist offensichtlich, dass sich die Autoren auf die Ideen von Edwin Scribner stützten. Dies war der Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung der Halogenlampentechnologie. Johannes Antonius Maria van Limpnt war an Experimenten mit Kristallzüchtung beteiligt. Dies ist umso empfehlenswerter, als die Halbleitertechnologie später geboren wurde. Durch die Untersuchung der Diffusion und Ausfällung von Verunreinigungen aus Gasen entdeckte der Wissenschaftler die nützlichen Eigenschaften von Halogenen: Jod, Brom, Chlor. Mit Hilfe dieser Verbindungen konnten Wolfram-( oder Kohle-) Windungen wiederhergestellt werden, wobei Metall mit einer dünnen Schicht auf die Oberfläche der Teile gesprüht wurde.

Das USSR-Patent Nr. 7415 vom 13. Januar 1929 befasst sich mit Verfahren zur Erzeugung dauerhafter Wolframfäden. Zu diesem Zweck wurden dem anfänglichen Metallpulver 0,1 bis 3% Hafniumoxid zugesetzt. Die Wissenschaftler haben die Lebensdauer von Glühlampen auf verschiedene Weise verlängert. In ähnlicher Weise haben Neunhoffer und Schulz 1949 ein Patent für eine Glühlampe erhalten, die mit Wolfram- oder Rheniumhalogeniden gefüllt ist. Dies trägt zur Regeneration des Fadens bei.Über das Patent ist wenig bekannt, das Ergebnis der Wirkung von Halogeniden war von kurzer Dauer.

Während der theoretischen Herstellung wurde angenommen, dass die Verbindungen auf unbekannte Weise mit Wolfram und anderen Metallen im Kolben interagieren. Und als die US-Raumfahrtindustrie eine starke Strahlungsquelle benötigte, die die Sonne imitierte, mussten sich die Wissenschaftler an den regenerativen Wolfram-Kreislauf und an frühere Entwicklungen erinnern. Carbonlampen sind heute dafür bekannt, nicht Luft, sondern Gegenstände zu heizen. Der Grund ist klar - Energie wird überwiegend durch Strahlung übertragen. Um hohe Leistungsdichten zu erzeugen, wackelt die Wolframspule mit einem dünnen Faden. Bekannte Ausführungen mit Doppelfaden.

Quarzlampen: Erste Schritte

Am 3. März 1958 meldeten die Ingenieure General Electric, Friedrich Elmer und Wiley Emmett, eine Heizlampe zum Patent an, bei der die Spule durch ein Halogenidmedium geschützt wurde. Der Text stellte fest, dass der Kolben typischer Modelle bei längerem Betrieb allmählich mit einer dunklen Blüte bedeckt wurde. Um den Effekt zu minimieren, sollte die Größe des kugelförmigen Teils zunehmen. Die Plakette ist über eine größere Fläche verteilt und weniger auffällig. Es gab andere Versuche, das Problem zu lösen:

1. : Die Verwendung schwerer Dämpfe von Krypton, Xenon und Quecksilber. Im letzteren Fall wurde ein zusätzlicher Druck über Atmosphärendruck angelegt.
2. Verwendung neutraler Gase: Argon und Stickstoff.

-Maßnahmen haben die Situation nicht vollständig korrigiert. Wissenschaftler schlagen vor, Joddampf zur Regeneration des Filaments zu verwenden( und den Kolben zu reinigen).Das in 10 Minuten geschwärzte Produkt für die Raumfahrtindustrie hat damit bereits 2.000 Stunden geleistet. Die Idee ist nicht neu, der Patenttext besagt, dass die zuvor vorgeschlagenen Lösungen keinen kommerziellen Erfolg hatten. Eine solche Logik.

Die Forscher fühlen sich in ihrer eigenen prekären Position. Sie gehen davon aus, dass eine Lampe mit einem Durchmesser von 0,08 bis 0,5 Zoll für Heizung und Beleuchtung verwendet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt gab es kein Konzept für einen Reflektor in Haushaltsgeräten. Der geschätzte Abstand zur Wand wurde sorgfältig angegeben, um Brände zu vermeiden. Laut experimentellen Daten hat Jod weiterhin eine regenerative Funktion bei Temperaturen bis zu 250 Grad Celsius, die Arbeit wird bei 1200 abgebrochen. Es ist besser, eine Flasche aus Quarz herzustellen. Es wird ein Vycor-Material mit bis zu 96% Siliciumdioxid( Siliciumdioxid) vorgeschlagen.

Die Jodkonzentration beträgt mindestens 0,01 µmol pro Kubikzentimeter. Die obere Grenze bestimmt die Transparenz der Atmosphäre des Kolbens. Experimentell betrug der maximal mögliche Partialdruck von Joddampf 5 mm Hg( entsprechend 1 µmol / cm³).Beim vertikalen Betrieb eines langen Kolbens ist eine Schichtung des Mediums möglich, aber in der Regel gibt es genügend Stoffkonzentrationen. Einige wertgeschätzte Kommentare zur Unzulässigkeit der Verwendung anderer Gase:

• Chlor zerstört Fadenhalter und verursacht Wolframspitzen in extremen Bereichen.
• Brom ist weniger zerstörerisch als Chlor, Fluor ist überhaupt nicht geeignet.
• Die Verwendung von Quecksilberdampf oder Stickstoff trägt zur Schwärzung des Kolbens bei.

Es wird empfohlen, einen Partialdruck von Inertgas im Bereich von 600 mm Hg aufrechtzuerhalten, um eine gleichmäßige Wolframniederschlagung auf einem Filament zu erreichen. Als Ergebnis erhielten die Wissenschaftler ein Gerät mit einer Strahlungsleistung von 100 W / Inch bei einer Leistungsdichte von 24 W pro Quadratzentimeter der Glühlampe. Parameter können in weiten Grenzen variiert werden. Bei einer Filamenttemperatur von 2500 Grad Celsius ist der Wirkungsgrad des Geräts um 30% höher als bei Standardlampen von 500 W bei einer ähnlichen Lebensdauer von 1000 Stunden.

Bei der Herstellung von Filamenten wird ein Glühprozess auf einem Stahldorn angewendet. Während der Verarbeitung ist es notwendig, den Grad des Eisens, das in die Helix diffundiert, durch Aufrechterhalten einer geeigneten Temperatur im Ofen zu kontrollieren. Während des weiteren Betriebs sind die Verunreinigungsatome relativ leicht zu verdampfen und binden Halogen. Außerdem ein unzerstörbarer Angriff auf die Wände der Flasche.

Auf dem Weg wird angemerkt, dass es wünschenswert ist, die Anzahl der Bremssättel zu minimieren. An den Befestigungsstellen ist die Temperatur etwas niedriger, Wolfram fällt schlechter aus. Bei modernen Quarzlampen verzichtet man manchmal auf Bremssättel. Der Besitzer des Konvektionsofens sorgt dafür, dass er den Deckel anhebt und darunter schaut.

In der Zwischenzeit zeigten die Produkte eine Reihe von Nachteilen: hohe Temperaturen, das Fehlen eines Reflektors. Metallsättel müssen gegen Jod beständig sein, weshalb Kupfer grundsätzlich nicht für die erforderlichen Zwecke geeignet ist - Wolfram, Molybdän oder Platin sind erforderlich.Ähnliches gilt für benachbarte Drähte. Sie werden auf eine hohe Temperatur erhitzt. Bei modernen Lampen ist das Glas an den Enden vollständig eingespannt, nur Wolfram hat Kontakt mit dem Medium. In dem Patent konnten die Erfinder die Eigenschaften der Heiz- und Beleuchtungsvorrichtung erfassen. Die sowjetischen Geheimdienste schliefen nicht, und in den 1960er Jahren erschienen Halogenlampen KI 220-1000 in der UdSSR.

Design Halogenlampen

Bei Heizgeräten berührt eine Wolframwendel häufig das Glas - stellenweise. Es ist nicht gekrümmt, sondern mit einem Dreieck, jede Spule ihrer eigenen Größe, und nur wenige berühren die Glühbirne und in relativ wenigen Punkten. Dies hilft, eine übermäßige Erwärmung des Glases zu vermeiden. Im Konvektionsofen wird der Kolben ständig von einem Gebläse geblasen, wodurch ein Erwärmen über 600-700 Grad verhindert wird. Die Helix arbeitet mit härteren Modi. Mit einem kubischen Kristallgitter aus feuerfestem Wolfram. Die Liquidustemperatur liegt bei 3653 K. Die Betriebsart überschreitet nicht 90% des angegebenen Wertes.

Derart hohe Temperaturen wurden durch die Verwendung von Halogenen erreicht. Im Vakuum würde die Verdampfung von der Oberfläche der Helix zu stark werden. Quarzglas wird für die Herstellung des Kolbens aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften ausgewählt. Das Material hat ein breites Fenster zum Durchlassen der Strahlung, daher wird die Oberfläche relativ schlecht erwärmt. Quarz hat einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und hervorragende Temperaturschocks.

Obwohl Siliziumoxid als das am häufigsten vorkommende Mineral der Erde gilt( Silizium ist 26 Gew. -% der Erdkruste), kommt es fast nicht in reiner Form vor, sondern ist Teil von Achat, Rauchtopaz, Citrin, Amethyst, Jaspis, Bergkristall. Flusssand und eine Reihe anderer natürlicher Formationen: Granit, Grazie, Schiefer, verschiedene Silikate. Und kein Wunder in dem Patent wurde Silica erwähnt. Die Schwierigkeit besteht darin, die erforderliche Komponente aus dem Gestein zu extrahieren. Es gibt mehrere stabile Modifikationen von Quarz:

1. Gewöhnliche Profis tragen den Namen des griechischen Buchstabens Beta und repräsentieren große transparente Kristalle. Es wird angenommen, dass es unter normalen Bedingungen unter der Temperatur von 573 Grad Celsius stabil ist.
2. Nach Überschreiten der angegebenen Temperaturschwelle wird aus Quarz eine Alpha-Modifikation. Und es bleibt hier bei 870 Grad Celsius.
3. Bei weiterer Temperaturerhöhung bildet sich Tridymit( ternäre Kristalle).Und so bis 1470 Grad Celsius.
4. Die nächste stabile Modifikation bei einer Temperatur von 1710 Grad Celsius ist Cristobalit.
5. Siliciumdioxid mit höherem Maßstab liegt in Form einer Schmelze vor.

Möglicher technologischer Prozess zur Abkühlung von Quarz ohne Kristallbildung. Glas wird in amorpher Form hergestellt. Die Konfiguration der Kristalle ist abhängig von:

• Kristallisationsraten.
• Viskosität der flüssigen Phase.
• Das Vorhandensein von Verunreinigungen.
• Räumliche Position des Objekts.